[发明专利]一种动态电流补偿的电荷泵

权利要求书

1.一种动态电流补偿的电荷泵，其特征在于：包括电流输入级电路(1)、电流源偏置电路(2)、电流注入电路(3)、与电流注入电路(3)并联的动态电流补偿电路(4)、输出电流源偏置电路(5)和电流输出级电路(6)；电流源偏置电路(2)、电流注入电路(3)、输出电流源偏置电路(5)均由n型电流源和p型电流源组成；电流输入级电路(1)由n型电流源构成；电流输出级电路(6)由n型电流源(7)、p型电流源(8)、第一n型场效应管开关(9)、第二n型场效应管开关(10)、第一p型场效应管开关(11)、第二p型场效应管开关(12)和单位增益运算放大器(13)构成；所述n型电流源由一个n型场效应管构成，其源端接地；电流输入级电路(1)中n型场效应管的漏端和栅端相连，其栅端与电流源偏置电路(2)中n型场效应管的栅端和电流注入电路(3)中n型场效应管的栅端相连；所述p型电流源由一个p型场效应管构成，其源端接电源；电流源偏置电路(2)中p型场效应管的漏端和栅端相连，并与电流源偏置电路(2)中n型场效应管的漏端和电流注入电路(3)中p型场效应管的栅端相连；动态电流补偿电路(4)中p型场效应管的源端连接电源，其漏端与电流注入电路(3)中p型场效应管的漏端相连；动态电流补偿电路(4)中n型场效应管的源端连接地，其漏端与电流注入电路(3)中n型场效应管的漏端相连；输出电流源偏置电路(5)中的p型场效应管的漏端和栅端连接，并与电流注入电路(3)中n型场效应管的漏端、动态电流补偿电路(4)中n型场效应管的漏端和电流输出级电路(6)中p型电流源(8)的p型场效应管栅端连接；输出电流源偏置电路(5)中的n型场效应管的漏端和栅端连接，并与电流注入电路(3)中p型场效应管的漏端、动态电流补偿电路(4)中p型场效应管的漏端和电流输出级电路(6)中n型电流源(7)的n型场效应管栅端连接；电流输出级电路(6)中n型电流源(7)的n型场效应管漏端与第一n型场效应管开关(9)的源端和第二n型场效应管开关(10)的源端连接；电流输出级电路(6)中p型电流源(8)的p型场效应管漏端与第一p型场效应管开关(11)的源端和第二p型场效应管开关(12)的源端连接；电流输出级电路(6)中第一n型场效应管开关(9)的栅端接控制信号DNB，第二n型场效应管开关(10)的栅端接控制信号DN；电流输出级电路(6)中第一p型场效应管开关(11)的栅端接控制信号UP，第二p型场效应管开关(12)的栅端接控制信号UPB；第一n型场效应管开关(9)的漏端与第一p型场效应管开关(11)的漏端连接，并与单位增益运算放大器(13)的输出端相连；第二n型场效应管开关(10)的漏端与第二p型场效应管开关(12)的漏端连接，并与单位增益运算放大器(13)的输入正极端、动态电流补偿电路(4)中p型场效应管的栅端和动态电流补偿电路(4)中n型场效应管的栅端连接；单位增益运算放大器(13)的输入负极端与其输出端相连；

所述的动态电流补偿的电荷泵通过与电流注入电路中的电流源并联的场效应管补偿电流来改变输出电流-电压曲线，能够在较大输出电压范围内维持较好的电流匹配；

在没有动态补偿电路情况下，由于沟道长度调制效应，输出电压升高时，电流输出级电路中的n型电流源电流I_dn增大，电流输出级电路中的p型电流源电流I_up减小；输出电压降低时，电流输出级电路中的n型电流源电流I_dn减小，电流输出级电路中的p型电流源电流I_up增大，因此，输出电压的变化会导致电流输出级电路中的n型电流源电流和p型电流源电流发生反向的变化，产生失配；并且电压范围越大，电流失配越大；

对于动态电流补偿的电荷泵，在输出电压升高时，动态电流补偿电路中n型场效应管中的电流I_upc增加，从而增加了流过输出电流偏置电路中的p型电流源的电流，镜像到电流输出级电路中的p型电流源的电流增加，增加的电流补偿了电流输出级电路中的p型电流源因沟道长度调制效应减小的电流，因此电流输出级电路中的p型电流源中的电流保持不变；同时，动态电流补偿电路中p型场效应管中的电流I_dnc减小，从而减小了流过输出电流偏置电路中的n型电流源的电流，镜像到电流输出级电路中的n型电流源的电流减小，减小的电流补偿了电流输出级电路中的n型电流源因沟道长度调制效应增加的电流，因此电流输出级电路中的n型电流源中的电流保持不变；得到的结果是，电流输出级电路中的p型电流源和n型电流源的电流值不会因输出电压增大而变化，在输出电压下降时，动态电流补偿电路中n型场效应管中的电流I_upc减小，从而减小了流过输出电流偏置电路中的p型电流源的电流，镜像到电流输出级电路中的p型电流源的电流减小，减小的电流补偿了电流输出级电路中的p型电流源因沟道长度调制效应增加的电流，因此电流输出级电路中的p型电流源中的电流保持不变；同时，动态电流补偿电路中p型场效应管中的电流I_dnc增加，从而增加了流过输出电流偏置电路中的n型电流源的电流，镜像到电流输出级电路中的n型电流源的电流增加，增加的电流补偿了电流输出级电路中的n型电流源因沟道长度调制效应减小的电流，因此电流输出级电路中的n型电流源中的电流保持不变；得到的结果是，电流输出级电路中的p型电流源和n型电流源的电流值不会因输出电压减小而变化；

所以，通过根据输出电压大小动态改变动态补偿电流补偿电路中p型场效应管流过的电流I_dnc和n型场效应管流过的电流I_upc，可以在较大的输出电压范围内有效的抵消沟道长度调制效应对电流输出级电路中的p型电流源和n型电流源产生的影响；该电荷泵可以在较大输出电压范围内保持较好的电流匹配效果；

在传统的技术基础上，引入了与电流注入电路中的电流源并联的动态补偿电路，使得注入到输出电流源偏置电路的电流动态变化，拓宽了在一定电流匹配精度下的输出电压范围；

其中电路结构，实现了动态的跟踪补偿电流输出级电路中的电流源受沟道长度调制效应导致的变化，使得电流输出级电路中电流源的电流趋于恒定，提高电流匹配的精度，并且只需要极小的额外消耗。